智能水泵控制器的设计与应用

时间:2017-11-19来源:互联网


黄海1??任杰2???陆伟青2

(1.中建三局集团有限公司建筑设计院?武汉430064;2.安科瑞电气股份有限公司?上海?201801)

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摘要:针对传统水泵控制方式存在的问题,设计一种多回路智能水泵控制器,具有现场手动控制、后台远程控制和也为自动控制等多种控制方式。

关键字:水泵控制器?给水/排水?手动/液位自动控制

Abstract:According to the?construction and factory?water supply and drainage?application,?the paper puts forward a multi?loop?smart pump controller,?the controller?requires?control of water supply and drainage?equipment?can replace the?traditional?manual control,?withthe scene in a variety of ways,?the background?of remote control and?automatic control of liquid level,?and?on?/?emergence of the?pump is running?under voltage,?over / underload?(dry),?protective effect of?phase failure and?external?failures,?also?has the function of communication?can?pump operation?information?uploaded to the?industrial automation?DCS system and?the building of intelligent?BA system.
Keywords:?water supply and?drainage?pump?controller?/?manual?/?automatic control of liquid level

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0?引言

??? 在生产自动化场合和楼宇中,存在着大量的风机、水泵,出于成本考虑,普遍使用按钮、热继电器等作为控制保护元件。热继电器本身存在设计缺陷,重复性差、可靠性低,存在保护隐患,且传统的水泵控制方式存在控制线路复杂、功能单一、后期维护困难等缺陷。因此传统水泵控制明显无法满足信息化和智能化的功能要求。随着微控制器的发展,测量保护技术的成熟,也改变着传统水泵的应用方式,从按钮指示灯到目前的一体式智能控制器的转变。

1?智能水泵控制器的功能

??? 智能控制器需要的功能有:电压、电流、液位(开关或模拟量)的测量功能;过/欠压、相序、过载、欠载(干转)、断相等故障的保护功能;手动/液位的控制功能;水泵运行故障和液位异常的报警功能;水泵运行信息的管理功能;与上位机系统的通讯功能。

??? 1.1?主控芯片

??? MCU芯片采用Freescale公司的Coldfire-V1(具有硬件乘法累加MAC单元)架构内核的32位处理器MCF51EM256,时钟频率最高可达50.33MHz,内置256K的Flash、16K的RAM、3路定时器、3路SCI通讯接口、内置RTC时钟、I2C、SPI、KBI接口等多种资源,片内集成带可编程延迟模块PDB和4个16位SAR型ADC,PDB可以直接控制触发ADC的采样,完成了高精度的电压、电流的交流采样和液位测量,测量精度可以达到0.5级,具有极高的性价比。

??? 1.2?电压、电流、液位信号采集电路

??? 电压采集电路如图1所示。三相电压Ua、Ub、Uc采用电阻降压的方式,给采样信号加入抬高电压VREF,使交流信号的幅值大于零,便于AD采样。在电路的输出端,MCU芯片的AD输入端加入限压二极管,限制输入电压小于(钳位电压)3.3V,能对MCU芯片的AD采样通道起到很好的保护作用。

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图1?电压采集电路

??? 液位信号普遍采集电路如图2所示,当液位传感器为两线制的4-20mA接口时,要求我们的控制器输出一个24VDC电源,安装电阻R22、R45。当液位传感器为三线制的4-20mA接口时,传感器供电由外部开关电源提供,安装电阻R44、R45。当液位传感器为0-10V接口时,安装电阻R44(0Ω)、R45。同理,在液位采集通道处也应加入保护电路。

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图2?液位信号采集电路

2?传统水泵的控制方式

??? 在传统的水泵的控制回路中,通常主回路由断路器,接触器和热继电器组成;控制回路一般由指示灯、仪表、控制按钮、转换开关、热继电器、时间继电器等组成。传统的水泵控制方式内部接线复杂,给检修人员调试设备与查找错误接线带来难度,且功能一般比较单一,智能化改造无法接入系统,增加了后续设备投入。

??? 智能水泵控制器,集成了水泵控制需要的电气元件,包括电压电流显示、多功能保护继电器、手/自动转换开关、启/停按钮、水位和水泵状态指示等于一体,面柜式安装。在给/排水自动模式下,两泵交替互备,根据水位不同情况,控制方式支持中水位一台水泵运行,高(低)水位两台水泵同时运行。电流保护支持独立开/关设置,支持备用泵只报警不脱扣,满足地下车库、消防栓等消防场所应用。智能型水泵控制器的二次接线图如图3所示。相比于传统方式,其具有接线简单,功能强大,后期升级方便等优点。



图3?智能水泵控制器一用一备全压起动液位控制器控制电路图

4?性能比较??

??? 智能型控制器可有效解决传统水泵控制的安全可靠度低、控制箱体尺寸大、能耗高、智能化低、升级难等问题。传统控制箱和智能水泵控制箱体的性能对比如表1所示。

??? 表1?传统控制箱和智能水泵控制箱控制方式性能比较

技术性能指标

传统水泵控制箱

智能水泵控制箱

对比结果

电源电压

AC187~231V

AC85V~265V/

DC100V~350V

电压使用范围明显增大

总体耗能

50W以上

7W左右

能耗降低86%

接线接点

180点

41点

接点减少77%

二次线

120m

30m

节约二次线70%

绝缘电阻

??????1MΩ以上

100MΩ

绝缘安全性增强

占用体积

分布安装,占用体积大

集中安装,占用体积小

箱体尺寸减少约30%

抗振性

——

能承受GB/T?11287-2000规定的等级为I级振动响应和耐久试验

——

抗干扰性

——

能承受GB/T?17626.2到GB/T?17626.6规定的Ⅲ级干扰

——

环境适应性

——

污染等级3级

——

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5?应用

??? 地铁、地下车站或桥梁隧道由于渗水或降雨,导致大量的积水,严重影响工作和人们的正常出行,需要定期或不定期抽排水。要求:由两台污水泵实现集水池积水的排放处理;两台污水泵交替排水工作,以防锈蚀卡死;、当前工作的污水泵出现故障时,备用泵能够自动投入;当集水池中水位时一台水泵运行,高水位时两台水泵同时运行;当集水池处于高水位时,水位报警;具有低水位、中水位、高水位、报警、故障指示灯指示。根据要求,设计两台水泵液位控制的安装方式,如图4所示。

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图4?两台水泵液位控制的安装方式

6?结语

??? 采用智能水泵控制器为核心的水泵控制管理系统替代传统或PLC方案的控制方案,实现无人值守的自动给/排水功能,并具有丰富的保护功能,使水泵运行更安全。

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??? 文章来源:《电气应用》2015年第2期

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参考文献

[1]??GB50015-2003?建筑给排水设计规范[S]

[2]?JGJ16-2008?民用建筑电气设计规范[S]

[3]?杜毅威,严厚伟,金丹.全新电机控制模块技术及应用[J].建筑电气,2011,(06).

[4]??贾国方.水泵在线智能监控技术的研究[J].排灌机械.2005(06).

?? ? 技术支持:杨军军,联系电话:021-69151071,手机:18702112137,QQ:2880157877